認知心理學和認知神經科學/文字理解的神經科學
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當我聽到一句話時，我的腦海中發生了什麼？我如何處理書面文字？本章將更深入地瞭解與語言理解相關的腦部過程。在處理自然語言理解時，我們區分神經科學和心理語言學方法。由於文字理解跨越認知心理學、語言學和神經科學的廣泛領域，我們的主要關注點將放在後者的交叉點，即神經語言學。
為了找出單詞和句子是如何被處理的，需要檢查不同的腦區。很長一段時間，科學家只能從某些腦損傷得出相應腦區功能的結論。在過去的 40 年中，腦成像和 ERP 測量技術已經確立起來，這使得更準確地識別參與語言處理的腦部區域成為可能。
關於這些現象的科學研究通常分為聽覺和視覺語言理解的研究；我們將討論這兩種。不可否認的是，僅僅研究英語是不夠的：為了理解一般的語言處理，我們必須研究非印歐語系和其他語言系統，如手語。但首先，我們將關注語言在大腦中的粗略定位。
儘管功能側化研究和分析發現，人格或認知風格的個體差異不偏向任何一個半球，但某些腦功能發生在腦部的某一側。語言傾向於在左側，而注意力則在右側（Nielson、Zielinski、Ferguson、Lainhart 和 Anderson，2013）。有大量證據表明，每個大腦半球在語言理解中都有其獨特的功能。最常見的是，右半球被稱為非優勢半球，而左側則被視為優勢半球。這種區別被稱為側化（來自拉丁詞 lateral，意思是側面的），而它首先是在對裂腦患者的實驗中提出的。遵循自上而下的方法，我們將討論右半球，它可能在更高層次的理解中發揮主要作用，但尚未得到很好的理解。關於左半球的研究很多，我們將討論為什麼它在以下部分討論這個大腦半球中語言基本處理的相當好的理解之前可能是優勢的。
左半球和右半球之間的解剖學差異
首先，我們將考慮左半球和右半球之間最明顯的差異部分：它們在形狀和結構上的差異。肉眼可見，人類大腦的兩半之間存在明顯的非對稱性：右半球的額葉區域通常比左半球更大、更寬、更向外延伸，而左半球的枕葉區域更大、更寬、更向外延伸（M. T. Banich，“神經心理學”，第 3 章，第 92 頁）。在大多數人類大腦中，顳葉表面的某個部分明顯更大，被稱為顳上回。它位於韋尼克區和其他聽覺聯想區附近，因此我們可以推測，左半球可能更強烈地參與語言和語音處理的過程。
事實上，這種語言功能的左半球優勢在 97% 的人群中都很明顯（D. Purves，“神經科學”，第 26 章，第 649 頁）。但實際上，人類大腦中顳上回“左優勢”可追蹤的百分比只有 67%（D. Purves，“神經科學”，第 26 章，第 648 頁）。哪些其他因素起作用尚待解決。
來自“裂腦”患者的功能不對稱證據
在癲癇的嚴重病例中，一種很少進行但流行的手術方法是所謂的胼胝體切開術，用於減少癲癇發作的頻率。在這裡，對連線左右半球的“溝通橋樑”胼胝體進行徹底的切除；結果是“裂腦”。對於胼胝體被切斷的患者，意外身體傷害的風險降低了，但副作用很明顯：由於左右腦半部分的這種根除性橫切，這兩個半部分不再能夠充分溝通。這種情況提供了研究半球之間功能差異的機會。羅傑·斯佩裡及其同事於 1960 年和 1970 年在加州理工學院進行了第一批關於裂腦患者的實驗（D. Purves，“神經科學”，第 26 章，第 646 頁）。它們引導研究人員對語言的側化和人類大腦的整體組織得出重大結論。
| 關於視覺系統側化的一點題外話 |
 左視野內的刺激將完全到達右視覺皮層進行處理和加工。在“健康”的大腦中，這些資訊還會透過胼胝體到達左半球，並在那裡進行整合。在裂腦患者中，這種訊號流被中斷；刺激對左半球仍然是“不可見的”。 |
我們現在要考慮的實驗基於視覺系統的側化：左半部分視野中看到的東西將在右半球處理，反之亦然。瞭解了這一原理後，測試人員將物體圖片呈現給視覺視野的一半，同時要求參與者說出看到的物體，並用對側的手盲目地從一堆具體物體中挑選出來。
可以證明，例如骰子圖這樣的圖片，它只被呈現給左半球，可以被參與者說出（“我看到了一個骰子”），但無法用右手選擇（不知道從桌子上選擇哪個物體）。相反，如果骰子是在右半球被識別的，那麼參與者無法說出骰子，但可以用左手輕鬆地從桌上的物體堆中把它挑選出來。
這些結果清楚地證明了人類大腦的功能不對稱。左半球似乎主導語音和語言處理功能，但無法處理空間任務，如與視覺無關的物體識別。右半球似乎主導空間功能，但無法獨立處理單詞和意義。在第二個實驗中，發現裂腦患者只能在將書面指令（如“現在站起來！”）呈現給左半球時才能遵循。右半球只能“理解”圖片指令。
下表（D. Purves，“神經科學”，第 26 章，第 647 頁）對功能進行了粗略的區分
| 左半球 | 右半球 |
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首先，重要的是要記住，這些區分只包含功能優勢，而不是排他效能力。在單側腦損傷的情況下，大腦的一半經常接管另一半的任務。此外，應該提到的是，該實驗只對呈現時間少於一秒的刺激有效。這是因為不僅胼胝體，而且一些皮質下連合也用於半球間傳遞。總的來說，兩者都可以同時為表現做出貢獻，因為它們在處理中發揮互補作用。
| 關於手性的題外話 |
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探索不同大腦組織結構時，一個重要問題是手性，即在執行活動時使用左手或右手的傾向。縱觀歷史，左撇子，僅佔人口的 10% 左右，經常被認為是不正常的。據說他們邪惡、固執、叛逆，甚至到 20 世紀中葉，他們被迫用右手寫字。 關於手性如何影響大腦半球，最普遍接受的觀點之一是大腦半球的勞動分工。由於說和動手都需要精細的運動技能，因此假設在一個大腦半球執行這兩項工作比將其分開更有效率。由於大多數人的左腦控制著說話，因此右手占主導地位。該理論還預測，左撇子的大腦勞動分工是反轉的。 在右手使用者中，語言處理主要在左半球進行，而視覺空間處理主要在另一半球進行。因此，95% 的語音輸出由左腦半球控制，而只有 5% 的人由右腦半球控制語音輸出。另一方面，左撇子的大腦組織結構異質性。他們的腦半球要麼以與右手使用者相同的方式組織，要麼以相反的方式組織，或者甚至以兩種半球都用於語言處理的方式組織。但通常情況下，在 70% 的情況下，語言由左半球控制，15% 由右半球控制，15% 由任何一個半球控制。當對所有型別的左撇子進行平均時，似乎左撇子的側化程度較低。 例如，如果左半球受到損害，就會出現視覺空間缺陷，這在左撇子中通常比在右手使用者中更嚴重。差異可能部分源於大腦形態的差異，這是從顳上回的不對稱性得出的結論。儘管如此，可以認為左撇子兩個半球之間的勞動分工不如右手使用者，而且更有可能缺乏神經解剖學上的不對稱性。 關於為什麼人們是左撇子以及其後果可能是什麼，已經有很多理論。有些人說左撇子壽命較短或事故率較高或自身免疫性疾病較多。根據格什溫德和加拉布爾達的理論，性激素、免疫系統和認知能力概況之間存在關係，這些關係決定了一個人是左撇子還是右撇子。總之，已經提出了許多遺傳模型，但原因和後果仍然是一個謎（M.T.Banich，“神經心理學”，第 3 章，第 119 頁）。 |
右半球
[edit | edit source]右半球在文字理解中的作用
對“裂腦”患者的實驗以及很快將討論的證據表明，右半球通常不是（但在某些情況下，例如 15% 的左撇子）語言理解的主導半球。最常歸因於右半球的是認知功能。當大腦的這一部分受到損害或當右半球的顳葉區域被切除時，會導致認知交流問題，例如記憶力下降、注意力問題和推理能力差（L. Cherney，2001 年）。調查得出的結論是，右半球以格式塔和整體的方式處理資訊，特別強調空間關係。這裡，區分兩個不同面孔的優勢就出現了，因為它以全域性的方式檢查事物，並且它也對較低的空間頻率和聽覺頻率做出反應。前一點可以被右半球能夠閱讀大多數具體詞語並進行簡單的語法比較這一事實所削弱（M. T. Banich，“神經心理學”，第 3 章，第 97 頁）。但是為了以這種方式起作用，大腦兩半球之間必須存在某種交流。
韻律 - 圍繞單詞的聲音包絡
考慮一下，在 Banich 的以下背景中，簡單的陳述“她又做了一次”會如何解釋：LYNN：艾麗絲非常喜歡騎山地腳踏車。在她摔斷胳膊後，你以為她會謹慎一些。但昨天，她又出去騎了“傑克船長號”。那條路很險峻 - 狹窄，有很多樹根和石頭。昨晚，我聽說她下坡時摔了一跤。SARA：她又做了一次薩拉是以升高的音調還是強調地以下降的音調說這句話的？在第一種情況下，她會問艾麗絲是否又受傷了。在另一種情況下，她斷言她知道或想象的事情：艾麗絲第二次受傷了。顯然，圍繞單詞的聲音包絡 - 韻律 - 確實很重要。
當考慮到右半球前部區域受損的患者時，就出現了認為韻律模式識別出現在右半球的理由。他們患有無韻律言語，也就是說，他們的言語都是以相同的音調發出的。他們聽起來可能像 80 年代的機器人。大腦損傷還出現了另一種現象：韻律障礙言語。在這種情況下，患者說話的語調紊亂。這並非由於右半球病變，而是由於左半球受損時出現的。解釋是，左半球向右半球發出時間不當的韻律提示，因此影響了正確的語調。
超越詞語：從神經學角度推斷
在詞語層面，目前的研究所得出的結論大多相互一致，並且與大腦病變研究的結果一致。但當談到對整個句子、文字和故事情節的更復雜的理解時，研究結果出現了分歧。根據 E. C. Ferstl 的綜述“文字理解的神經解剖學。迄今為止的故事是什麼？”（2004 年），有證據表明右半球區域在語用學和文字理解中發揮關鍵作用，也有證據表明並非如此。根據目前的知識水平，我們無法準確地說認知功能（如構建情景模型和推斷）如何以及在哪裡與“純粹的”語言過程協同工作。
由於本章涉及語言的神經學，因此應該指出，右半球受損的患者在推斷方面有困難。請考慮以下句子
蚊子、小飛蟲和蚱蜢到處飛，她遇到了一隻被用來竊聽她談話的小黑蟲。
你可能需要重新解釋這句話，直到你意識到“小黑蟲”不是指動物，而是指間諜裝置。右半球受損的人難以做到這一點。他們難以遵循故事的線索並推斷出所說的話。此外，他們難以理解句子的非字面含義，例如比喻，因此當他們聽到有人“哭得眼睛都腫了”時，他們可能會非常害怕。
請參閱下一章以詳細討論情景模型
左半球
[edit | edit source]左半球優勢的進一步證據：Wada 技術
在關注左半球的具體功能之前，提供了左半球優勢的進一步證據。所謂 Wada 技術具有相關性，它可以測試哪個半球負責語音輸出，通常在癲癇患者手術期間使用。它不是腦成像技術，而是模擬腦病變。透過向患者的一側頸動脈注射巴比妥類藥物（阿米巴比妥鈉）使一側半球麻醉。然後要求他命名卡片上的多個物品。如果他無法做到這一點，儘管他一小時前可以做到這一點，那麼該半球就被認為是負責語音輸出的半球。該測試必須進行兩次，因為患者有可能雙側產生語音。這種可能性並不高，事實上，根據 Rasmussen & Milner 1997a（如 Banich 的第 293 頁所述），這種情況只發生在 15% 的左撇子中，而右手使用者中則沒有。（左撇子大腦中這些差異的來源尚不清楚。）
這意味著在大多數人中，只有一側半球“產生”語音輸出 - 在 96% 的右手使用者和 70% 的左撇子中，是左半球。這裡證實了腦病變研究關於不對稱性的發現：通常情況下（在健康的右手使用者中），左半球控制著語音輸出。
左半球優勢的解釋
關於為什麼左半球可能具有特殊的語言能力，還有兩種理論正在討論。第一種理論指出，左半球的優勢是由於對口頭和手部發音器官的精確時間控制的專門化。這裡的主要論點是，與故事情節相關的姿勢最常使用右手進行，因此由左半球控制的手進行，而其他手部動作則在兩隻手上出現的頻率相同。另一種理論認為，左半球占主導地位是因為它專門用於語言處理，並且是由於一位患者 - 一位美國手語使用者，其左半球受損。他既無法產生也無法理解手語，但仍然可以透過在非語言領域使用手勢進行交流。
大腦的組織結構有多麼固有？
不僅左撇子案例，而且腦成像技術也顯示了雙側語言處理的例子：根據 ERP 研究（由 Bellugi 等人於 1994 年進行，以及 Neville 等人於 1993 年進行，引自 E. Dabrowska 的“語言、思維和大腦”，2004 年，第 57 頁），患有威廉姆斯綜合徵（WS）的人也沒有語言優勢半球。WS 患者有很多身體和精神障礙，但與他們其他的（較差的）認知能力相比，他們表現出非常好的語言能力。這些技能並不依賴於一個優勢半球，而是由兩個半球平等地貢獻。因此，雖然大多數人都有一個語言處理優勢左半球，但也有一些例外。Dabrowska（第 57 頁）認為，大腦中存在不同的“組織可能性”，這表明大腦的組織結構可能不像人們普遍認為的那樣固有和固定。
聽覺語言處理
[edit | edit source]本節將解釋語言在哪裡以及如何被處理。為了避免與視覺過程交叉，我們將首先集中在口語上。科學家已經開發出三種方法來獲取關於這個問題的資訊。前兩種方法基於腦病變，即失語症，而最近的方法則依賴於現代腦成像技術的成果。
神經學視角描述了語言為了被理解所遵循的路徑。科學家發現，大腦內部存在著處理語言具體任務的特定區域。最著名的區域包括布羅卡區和韋尼克區。
布羅卡失語症
最著名的失語症之一是布羅卡失語症，它會導致患者無法流利說話。此外，他們還會在產出詞語方面遇到很大的困難。然而，這些患者的理解能力相對完整。由於這些症狀不是由聲帶肌肉的運動障礙造成的，因此必須存在大腦中負責語言輸出的區域出現了病變。布羅卡發現，導致流利言語的大腦區域負責語言輸出，必須位於額葉腹側，位於運動皮層之前。最近的研究表明，布羅卡失語症也可能是由皮質下組織和白質損傷造成的，而不僅僅是皮質組織。
| 自發言語示例 - 任務：你在這張圖片上看到了什麼？ |
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| “哦，是的。這是一個男孩和一個女孩……還有一個……一輛……車……房子……燈柱（杆）。一隻狗和一個……船。還有那是一個……嗯……一個……咖啡，還有讀書。那是一個……嗯……一個……那是一個男孩……釣魚。”（改編自《神經科學原理》第四版，2000 年，第 1178 頁） |
韋尼克失語症
另一種非常著名的失語症，被稱為韋尼克失語症，會導致相反的症狀。患有韋尼克失語症的患者通常說話非常流利，詞語發音正確，但它們的組合毫無意義 - 通常被稱為“詞語沙拉”。理解韋尼克失語症患者所說的話特別困難，因為他們使用錯詞（在言語錯詞中用一個詞替換另一個詞，在語義錯詞中用意思相似的詞替換另一個詞，在音位錯詞中用一個音素替換另一個音素）和新詞。對於韋尼克失語症患者來說，理解簡單句子是一項非常困難的任務。此外，他們處理聽覺語言輸入和書面語言的能力也受到損害。透過對大腦結構及其功能的瞭解，我們可以推斷出導致韋尼克失語症的區域位於顳葉、頂葉和枕葉的交界處，靠近赫施爾回（初級聽覺區），因為所有接收和解釋感官資訊的區域（後皮質）以及將感官資訊與意義聯絡起來的區域（頂葉）都可能參與其中。
| 自發言語示例 - 任務：你在這張圖片上看到了什麼？ |
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| “啊，是的，是……一些東西。是一個女孩……解開……在一條船上。一隻狗……還有另一隻狗……嗯……很長……在一條船上。這個女士，是一個年輕的女士。還有一個男人，他們在吃東西。這裡就是那個地方。這個……一棵樹！一條船。不，這是一個……這是一個房子。這裡……一塊蛋糕。還有，有很多水。啊，好吧。我想我已經提到了那條船。我注意到那裡有一條船。我已經提到過了……一些東西在下面，不同的東西在下面……一隻蝙蝠……一塊蛋糕……你有一個……”（改編自《神經科學原理》第四版，2000 年，第 1178 頁） |
傳導性失語症
韋尼克認為，介於布羅卡區和韋尼克區之間的失語症，即傳導性失語症，會導致患者在重複剛剛聽到的句子時出現嚴重問題，而不是在理解和產出言語方面遇到問題。事實上，患有這種失語症的患者表現出無法重複句子，因為他們經常會犯音位錯詞，可能會替換或省略單詞，或者根本不說。研究表明，在傳導性失語症的情況下，連線布羅卡區和韋尼克區的“連線線”，即弓狀束，幾乎總是受損。這就是為什麼傳導性失語症也被認為是一種分離綜合徵（由於兩個連線的大腦區域之間的連線受損導致的行為功能障礙）。
| 重複句子“糕點師很高興”的示例 |
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| “麵包師……/vaskerin/……嗯……”（改編自《神經科學原理》第四版，2000 年，第 1178 頁） |
皮質下運動性失語症和全球性失語症
皮質下運動性失語症是另一種由連線中斷導致的大腦病變，與布羅卡失語症非常相似，區別在於重複能力得以保留。事實上，患有皮質下運動性失語症的人經常會患有模仿症，即需要重複他們剛剛聽到的內容。通常患者的大腦在布羅卡區以外受損，有時更靠前，有時更高。患有皮質下感覺性失語症的個體與患有韋尼克失語症的個體有類似的症狀，只是他們會表現出模仿症。左半球大部分割槽域的病變會導致全球性失語症，從而導致患者無法理解和產出語言，因為布羅卡區或韋尼克區不僅僅是受損的區域。（Barnich，1997 年，第 276-282 頁）
| 失語症型別 | 自發言語 | 錯詞 | 理解 | 重複 | 命名 |
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從神經學角度看失語症的影響概述
（改編自 Benson，1985 年，第 32 頁，引用自 Barnich，1997 年，第 287 頁）
自 20 世紀 60 年代以來，心理學家和心理語言學家一直在努力解決語言如何在腦中組織和表徵的問題。失語症患者為語言理解和產出的三個主要部分（即語音學、語法和語義）的位置和區分提供了有力的證據。
語音學
語音學處理由單純的聲音產生的語言有意義的部分。此外，還存在語音表徵和音位表徵之間的差異。後者意味著語音可以在不同的情況下以不同的方式產生。例如，pill 中的 /p/ 的聲音與 spill 中的 /p/ 的聲音不同，因為前者 /p/ 是送氣的，而後者則不是。
為了檢查哪些部分負責語音表徵，可以比較患有布羅卡失語症或韋尼克失語症的患者。由於患有布羅卡失語症的患者的言語特徵是非流利的，即他們在產出正確的聲音的語音表徵和音位表徵方面存在問題，而患有韋尼克失語症的患者則沒有出現流利說話的問題，但也會在產出正確的音位方面遇到問題。這表明布羅卡區主要參與語音產出，並且音位表徵和語音表徵不在大腦的同一區域進行。科學家在更精細的層面上研究了言語產出，即音位的區別特徵，以觀察失語症患者在哪些特徵上出現了錯誤。
區別特徵描述了不同的發音方式和發音部位。例如，/t/（如 touch 中的 /t/）和 /s/（如 such 中的 /s/）是在相同的位置產生，但發音方式不同。/t/ 和 /d/ 在相同的位置以相同的方式產生，但它們在濁音方面存在差異。
結果表明，無論是流利的還是非流利的失語症患者，通常只會混淆一種區別特徵，而不是兩種。總的來說，與發音部位相關的錯誤比與濁音相關的錯誤更為常見。有趣的是，一些失語症患者非常清楚兩個音位的不同特徵，但他們無法發出正確的聲音。這表明，儘管患者在正確發音方面存在很大困難，但他們對詞語的理解仍然相當好。這對於患有布羅卡失語症的患者來說是典型的，而患有韋尼克失語症的患者則表現出相反的症狀：他們能夠正確地發音，但無法理解單詞的意思。這就是為什麼他們經常會說出在語音學上正確的詞語（新詞），但這些詞語不是真正的詞語，沒有意義。
語法
語法描述瞭如何排列詞語以形成有意義句子的規則。通常，人類都會知道母語的語法，因此如果句子中的詞語順序錯誤，就會說錯話。然而，失語症患者經常在句子解析方面遇到問題，這不僅體現在語言產出方面，也體現在句子理解方面。表現出無法理解和產出句子的患者通常患有某種前部失語症，也稱為無語法失語症。這可以在句子測試中得到體現。這些患者如果主語和賓語都可以發揮主動作用，就難以區分主動語態和被動語態。例如，患者無法區分“男孩追女孩”和“男孩被女孩追”，但他們理解“男孩看到蘋果”和“蘋果被男孩看到”，因為他們可以尋求語義的幫助，而無需僅僅依靠語法。患有後部失語症的患者，例如患有韋尼克失語症的患者，不會表現出這些症狀，因為他們的言語是流利的。僅僅透過語法手段就能理解句子，但語義方面也必須考慮在內。這將在下一部分進行討論。
語義
語義處理詞語和句子的含義。研究表明，患有後部失語症的患者在理解簡單文字方面存在嚴重問題，儘管他們對語法的瞭解是完整的。通常用“指示詞測試”來檢查語義缺陷，在這個測試中，患者需要指向簡單句子中所指的物體。可以預料的是，患有前部失語症的患者在語義方面沒有問題，但他們可能無法理解較長的句子，因為此時也需要用到語法的知識。
| 前部失語症（例如布羅卡） | 後部失語症（例如韋尼克） | |
| 語音學 | 語音表徵和音位表徵受到影響 | 音位表徵受到影響 |
| 語法 | 受到影響 | 無影響 |
| 語法 | 無影響 | 受到影響 |
從心理學角度看失語症的影響概述
總的來說，對病變患者的研究表明，前部區域對於言語輸出至關重要，而後部區域對於言語理解至關重要。如上所述，前部區域對於語法處理也更為重要，而後部區域參與語義處理。但這種對大腦各個部分及其功能的嚴格劃分是不可能的，因為後部區域對於句子理解以外的其他功能也很重要，因為患有該區域病變的患者既無法理解也無法產出任何言語。（Barnich，1997 年，第 283-293 頁）
自 20 世紀 70 年代第一批腦成像技術問世以來，測量正常大腦和受損大腦的功能成為可能。利用這些技術，我們能夠在受試者例如在聽笑話時“觀察大腦的工作”。這些方法（在第 4 章中進一步描述）表明了早期發現是否正確和精確。
一般來說，成像顯示，某些功能性大腦區域比腦損傷研究中估計的要小得多，而且它們的邊界更加清晰（參見 Banich p. 294）。確切的位置因人而異，因此將許多腦損傷研究的結果放在一起，導致之前對功能區域的估計過大。例如，在癲癇手術期間對腦組織進行電刺激並觀察結果（例如，命名任務中的錯誤），可以更好地瞭解語言處理區域的位置。
PET 研究（Fiez & Petersen，1993，如 Banich 中所引用，p. 295）表明，事實上語言理解和處理中都激活了前部和後部區域，但強度不同——這與病變研究一致。實驗中需要越多的主動言語產生，額葉的啟用就越明顯：例如，當呈現的詞語需要重複時。
另一個結果（Raichle 等人，1994，如 Banich 中所引用，p. 295）是刺激的熟悉程度起著重要作用。當受試者在熟悉的實驗任務中被呈現熟悉的刺激集並必須重複它們時，前部區域被啟用。這些區域在損傷時會導致傳導性失語症。但當單詞是新的，或者受試者以前從未做過這樣的任務時，啟用記錄在更後面的區域。這意味著，當你重複一個意料之外的詞語時，大腦最活躍的組織大約位於你左耳上方，但當你事先知道下一個要重複的詞語時，它會更靠近你的左眼。
當我們閱讀或寫作時，就會進行書面語言的處理，人們認為它發生在一個不同於聽覺語言處理的神經處理單元中。閱讀和寫作分別依賴於視覺，而口語首先由聽覺系統介導。負責書面語言處理的語言系統必須與參與口語處理的感官系統進行互動。
一般來說，視覺語言處理從字母的視覺形式（“c”或“C”或“c”）對映到抽象字母標識開始。然後，這些字母被對映到詞語形式和相應的語義表示（詞語的“含義”，即它背後的概念）。對因腦損傷而失去語言能力的患者的觀察表明，視覺語言的感知（閱讀）和產生（寫作）之間存在差異，就像在非視覺語言處理中發現的那樣。
失讀症患者能夠寫作，但不能閱讀，而失寫症患者能夠閱讀，但不能寫作。雖然失讀症和失寫症通常是由角回損傷造成的，但人們發現有些患者存在失讀症而沒有失寫症（例如，Greenblatt 1973，如 M. T. Banich 中所引用，“神經心理學”，p. 296），或者存在失寫症而沒有失讀症（例如，Hécaen & Kremin，1976，如 M. T. Banich 中所引用，“神經心理學”，p. 296）。這是一個雙重分離，表明閱讀和寫作有獨立的神經控制系統。
由於在語音失讀症和表面失讀症中也發現了雙重分離，因此實驗結果支援了語言產生和感知分別被細分為獨立的神經迴路的理論。雙通路模型展示了人們認為這兩個神經迴路如何為從書面詞語到思想以及從思想到書面詞語提供了通路。
從本質上講，雙通路模型包含兩條通路。每條通路都以不同的方式推匯出詞語的含義或含義的詞語，具體取決於我們對該詞語的熟悉程度。
使用語音通路意味著在感知和理解書面語言之間有一箇中間步驟。當我們利用音素-字母規則時，就會發生這個中間步驟。音素-字母規則是一種確定給定字母的語音表示的方法。字母是最小的書面詞語單位（例如，“shore”中的“sh”），代表一個音素。另一方面，音素是最小的語音詞語單位，它將一個詞語與另一個聽起來相同但不同的詞語區分開來（例如，“bat”和“cat”）。學習閱讀或遇到新詞語的人經常使用語音通路來獲得含義表示。他們為每個字母構建音素，然後將單個音素組合成與特定含義相關的音型（參見 1.1）。
直接通路應該在沒有中間語音表示的情況下起作用，以便印刷品直接與詞語含義相關聯。當閱讀“colonel”這樣的不規則詞語時，必須使用直接通路。應用音素-字母規則會導致錯誤的語音表示。
根據 Taft（1982，如 M. T. Banich 中所引用，“神經心理學”，p. 297）和其他人的說法，直接通路應該比語音通路更快，因為它不使用“語音迂迴”，因此據說它用於已知詞語（參見 1.1）。但是，這只是一個觀點，其他人，如 Chastain（1987，如 M. T. Banich 中所引用，“神經心理學”，p. 297），認為即使在熟練閱讀者中也依賴語音通路。
可以區分幾種失讀症，通常取決於語音通路還是直接通路受損。腦損傷患者參與了實驗，他們在實驗中必須讀出詞語和非詞語，以及不規則詞語。例如，非詞語的閱讀需要訪問語音通路，因為對於這種字母組合沒有“儲存”的含義或聲音表示。
左半球顳結構（確切位置不同）受損的患者會出現所謂的表面失讀症。他們表現出以下特徵性症狀，表明強烈依賴語音通路：非常常見的是規律性影響，即對拼寫不規則的詞語的錯誤發音，如“colonel”或“yacht”（參見 1.2）。這些詞語根據音素-字母規則發音，儘管在某些情況下，高頻不規則拼寫詞語可能會保留，但根據語音通路的讀音是錯誤的。
此外，詞語的預期發音反映在閱讀理解錯誤中。當被要求描述“bear”這個詞語的含義時，患有表面失讀症的人可能會回答類似於“一種飲料”之類的東西，因為對於這些人來說，“bear”產生的音型與“beer”相同。這種特徵伴隨著混淆同音詞的趨勢（發音相同但拼寫不同且具有不同含義的詞語）。然而，這些人仍然能夠讀出拼寫規律的非詞語，因為他們可以對這些非詞語應用音素-字母規則。
相反，語音失讀症的特點是由於左半球更後顳結構的損傷導致語音通路受損。患者可以透過使用與特定視覺形式相關的儲存資訊來讀取熟悉的規則詞語和不規則詞語（因此不存在表面失讀症中的規律性影響）。但是，他們無法處理未知詞語或非詞語，因為他們必須依賴直接通路（參見 1.3）。
詞語類別效應和形態錯誤也很常見。例如，名詞比功能詞更容易讀出，有時甚至比動詞更容易讀出。不改變詞語的語法類別或含義的字尾（屈折字尾）通常會被替換（例如，“farmer”代替“farming”）。此外，具體詞語的錯誤率低於抽象詞語，如“freedom”（具體性效應）。
深層失讀症與語音失讀症有許多症狀特徵，例如無法讀出非詞語。就像語音失讀症一樣，患者在詞語屈折和功能詞方面也會出錯，並且在抽象詞語上表現出以視覺為基礎的錯誤（“desire” → “desert”）。除此之外，深層失讀症患者將詞語誤讀為具有密切相關含義的不同詞語（“woods”代替“forest”），這種現象被稱為語義誤讀症。Coltheart（如“神經語言學手冊”中所引用，第 41-3 章，p. 563）假設深層失讀症中的閱讀由右半球介導。他認為，當影響語言能力（除了閱讀以外）的大病變阻止進入左半球時，就會使用右半球的語言儲存庫。儲存在那裡的詞條被訪問並用作左半球輸出系統的輸入。
就像閱讀一樣，人們認為存在兩條獨立的通路——語音通路和直接通路。人們認為語音通路利用了音素-字母規則，而直接通路將思想與寫作聯絡起來，沒有中間的語音表示（參見 1.4）。
需要注意的是，音位到字母的規則（用於拼寫）和字母到音位的規則之間存在區別，兩者並非簡單的反轉關係。對於字母“k”來說，最常見的音位是/k/。然而，音位/k/最常見的字母是“c”。語音失寫症是由左側邊緣回病變引起的，左側邊緣回位於頂葉，位於席爾維烏斯裂的後部上方（M. T. Banich，“神經心理學”，第 299 頁）。書寫規則和不規則詞的能力得以保留，而書寫非詞的能力卻無法保留。這與字首的檢索能力較差（字首未儲存在詞彙中）相結合，表明無法透過音位到字母的規則將口語詞與其正字法形式聯絡起來。患者依靠直接途徑，這意味著他們使用儲存在詞彙記憶中的正字法詞形表徵。頂葉後部和頂枕交界處的病變會導致所謂的詞彙失寫症，有時也稱為表面失寫症。顧名思義，它與表面失讀症類似，患者難以訪問詞語的詞彙-正字法表徵。詞彙失寫症的特點是不規則詞拼寫較差，而規則詞和非詞拼寫良好。當被要求拼寫不規則詞時，患者經常犯規律化錯誤，因此該詞以語音學上正確的方式拼寫（例如，“whisk”將被寫成“wisque”）。最佳的連線方式是將您想讓讀者理解的詞大寫。
來自先進神經科學方法的證據
[edit | edit source]我們如何找到支援雙途徑理論的證據？迄今為止，神經科學研究還無法確定是否存在代表上述系統的神經迴路。尋找視覺語言處理兩條途徑（如 Seidenberg & McClelland 所述，引自 M. T. Banich，“神經心理學”，第 308 頁）與一條途徑的證據的問題在於，尚不清楚什麼特徵性的腦部啟用可以表明它是在兩條或一條途徑上發生的。為了研究是否存在一個或兩個系統，神經影像學研究檢查了角回（被認為是書面語言處理中一個關鍵的腦區）的啟用與其他腦區的啟用之間的相關性。研究發現，在閱讀非詞時（這將強烈地啟用語音途徑），啟用主要與參與語音處理的腦區相關，例如顳上區（BA 22）和布羅卡區。在閱讀正常詞時（這將強烈地啟用直接途徑），在枕葉和腹側皮層中發現最高的啟用。這至少可以暗示存在兩條不同的途徑。然而，這些結論是根據最高相關性得出的，不能保證這種推測。神經影像學研究確實確定的是，語音途徑和直接途徑的使用有很大的重疊，這並不奇怪，因為流利的說話者混合使用兩種途徑是合理的。其他研究還提供了資料，這些資料表明，在閱讀非詞和閱讀正常詞時，啟用的腦區不同。ERP 研究表明，左半球擁有一些機制，可以對字母串中的組合做出反應，或對其正字法和/或字母串的語音表徵做出反應。在對字母串的視覺形式進行早期分析時，ERP 波形會有所不同，如果字母串代表一個正確的詞，或者只是一個可發音的無意義詞（Posner & McCandliss，1993，引自 M.T. Banich，“神經心理學”，第 307-308 頁）。這表明這種機制對正確或不正確的詞敏感。
與左半球相反，右半球不參與詞語意義的抽象對映，而是負責編碼特定詞語的視覺形式。ERP 和 PET 研究提供了證據表明，右半球對字母串的反應比左半球更強烈。此外，分割視野研究表明，右半球比左半球更能區分同一字母的不同形狀（例如，在不同的筆跡中）。視覺語言處理對兩個半球的貢獻是，右半球首先識別書面詞為字母序列，無論它們是什麼樣子，然後左半球的語言網路構建出詞語的抽象表徵，即對詞語的理解。
其他符號系統
[edit | edit source]大多數神經語言學研究都關注英語語言的產生和理解，無論是書面還是口頭。然而，從神經科學的角度來看不同的語言系統可以證實和區分公認的語言處理理論。以下部分展示了對三種符號系統的研究，每種系統在某些方面都不同於英語，這些研究使得我們能夠區分 - 至少在一定程度上 - 處理語言模態的腦區（因此可能因語言而異，取決於所討論的語言是口頭語還是手語）和對一般語言處理似乎是必要的腦區 - 無論我們是處理手語、口語還是音樂語言。
平假名和片假名
[edit | edit source]平假名和片假名是日語中並行的兩種書寫系統。由於它們在表示詞語時採用了不同的方法，因此研究患有失讀症的日語患者是檢驗關於存在通往意義的兩種不同途徑的假說的一個好機會，這在上一節中已經解釋過。
英語書寫系統是語音學的 - 英語書寫中的每個字母大約代表一個語音 - 一個子音或一個母音。然而，還有其他可能的方法來寫下口語。在像日語假名這樣的音節系統中，一個字母代表一個音節。如果英語是音節化的，它可以包括一個代表“nut”音節的符號，出現在“donut”和“peanut”這兩個詞中。音節系統是基於聲音的 - 由於字母代表口語詞的單元而不是直接代表意義，因此必須建立一個詞語的聽覺表徵才能獲得意義。因此，音節系統的閱讀應該需要一個完整的語音途徑。除了假名，日語還使用一種叫做漢字的意音文字系統，其中一個字母代表一個完整的詞或一個概念。與語音系統和音節系統不同，意音文字系統不包含視覺形式與其發音方式之間的系統化關係 - 相反，視覺形式直接與對應詞語的發音和意義相關聯。因此，閱讀漢字應該需要完整的直接通往意義的途徑。
關於存在通往意義的兩種不同途徑的假說已經得到證實，因為在腦損傷後，假名和漢字之間可能存在雙重分離。因此，一些日語患者可以閱讀假名，但不能閱讀漢字（表面失讀症），而另一些患者可以閱讀漢字，但不能閱讀假名（語音失讀症）。此外，有證據表明，日語母語人士在閱讀假名和漢字時，不同的腦區會被啟用，儘管與英語母語人士的情況一樣，這些腦區也存在重疊。
由於直接途徑和語音途徑之間的區別在日語中也有意義，因此這可能是一個適用於所有書面語言的普遍原則，即閱讀它們依賴於兩個獨立的（至少部分獨立的）系統，這兩個系統都使用不同的策略來捕捉書面詞語的意義 - 或者將視覺形式直接與意義關聯起來（直接途徑），或者使用聽覺表徵作為視覺形式和詞語意義之間的中介（語音途徑）。
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手語
[edit | edit source]從語言學的角度來看，手語與口語有很多共同點 - 存在許多區域性的手語，每種手語都有獨特的語法和詞彙。由於手語同時在“表達”詞語的方式（即模態）上與口語不同，因此對它們進行神經科學研究可以產生寶貴的見解，揭示是否存在與語言相關的普遍神經機制，無論其模態如何。
手語的結構
手語是語音語言 - 每個有意義的手語都由幾個音位（音位曾經被稱為音節（希臘語 χερι: 手），直到它們與口語中的音位的認知等價性被認識到）組成，這些音位本身沒有意義，但對於區分手語的意義至關重要。手語音位的一個顯著特徵是發音位置 - 同一個手形可以有不同的意義，具體取決於它是在眼睛、鼻子或下巴的位置發出。其他決定手語意義的特徵包括手形、手掌方向、動作和非手動標記（例如，面部表情）。
為了表達句法關係，手語利用了符號產生的視覺空間媒介的優勢——因此手語的句法結構往往不同於口語。大多數手語語法（包括美國手語 (ASL)、德國手語 (DGS) 和其他幾種主要手語）的兩個重要特徵是方向性和資訊的同步編碼。
- 方向性
符號製作的方向通常決定句子的主語和賓語。手語中的名詞可以“連線”到空間中的某個特定點，在後面的話語中，可以透過再次指向同一個點來指代它們（這在功能上與英語中的代詞相關）。然後，可以透過改變及物動詞符號製作的方向來切換賓語和主語。
- 資訊的同步編碼
視覺媒介還使得能夠同時編碼多條資訊。例如，考慮句子“航班很長，而且我不喜歡它”。在英語中，關於航班時長和令人不快的資訊必須透過在句子中新增更多詞語來順序編碼。為了用關於航班令人不快的資訊來豐富短語“航班很長”，必須在原始短語中新增另一個短語（“我不喜歡它”）。因此，為了傳達更多資訊，原始句子的長度必須增加。然而，在手語中，短語中資訊的增加並不一定會導致短語長度的增加。為了傳達關於過去經歷的長途航班令人不快的資訊，人們可以使用過去時態標記的“航班”的單個符號，以代表“長”屬性的方式移動，並結合厭惡的表情。由於所有這些特徵都是同時簽署的，因此與“航班很長且我不喜歡它”相比，表達“航班很長”並不需要額外的 時間。
手語的神經學
由於手語中的句子是透過視覺編碼的，而且它的語法通常基於不同符號之間視覺關係而不是順序關係，因此可以認為手語的處理主要依賴於右腦，而右腦主要負責視覺和空間任務的執行。然而，有證據表明，手語和口語的處理可能同樣依賴於左腦，即相同的基本神經機制可能負責所有語言功能，無論其模式如何（即語言是口語還是手語）。
左腦在手語處理中的重要性可以透過以下事實來表明：右腦受損的籤語者可能不是失語症患者，而對於聽覺物件來說，籤語者左腦的損傷會導致微妙的語言障礙（Gordon, 2003）。此外，對失語症原住民籤語者的研究表明，左腦前部（布羅卡區）的損傷會導致與布羅卡失語症類似的綜合徵——患者會失去交流的流暢性，他們無法正確使用句法標記和動詞變位，儘管他們簽署的詞語在語義上是合適的。相反，顳上回後部（韋尼克區）受損的患者仍然可以正確地對動詞進行變位，從話語位置建立和檢索名詞，但他們簽署的序列沒有任何意義（Poizner, Klima & Bellugi, 1987）。因此，與口語一樣，左腦的前部和後部似乎分別負責語言的語法和語義。因此，對於大腦的“語法處理機制”來說，語法是透過空間標記同時傳達還是透過詞序和附加到詞語的詞素來依次傳達並不重要——在兩種情況下，相同的底層機制可能負責語法。
對口語和手語相同底層機制的進一步證據來自使用 fMRI 對比以下語言處理的研究：
- 1. 天生聾啞的英國手語原住民籤語者，
- 2. 聽覺的英國手語原住民籤語者（通常是聾啞父母的聽覺孩子）
- 3. 青春期後學習英國手語的聽覺籤語者
- 4. 非籤語者
調查這些不同群體中的語言處理，可以對影響大腦語言組織的不同因素進行一些區分——例如，聾啞對大腦語言組織的影響程度與僅僅將手語作為第一語言相比（1 與 2），或者將手語作為第一語言學習與將手語作為母語學習相比有何不同（1, 2 與 3），或者與籤語者相比，語言在說話者中是如何組織的（1, 2, 3 與 4）。
這些研究表明，典型的左腦區域在給予書面刺激的英語母語者和給予符號刺激的原住民籤語者中都被啟用。此外，還有一些區域在聾啞者處理手語和聽覺者處理口語的情況下都被啟用——這一發現表明，無論語言模式如何，這些區域構成了核心語言系統（Gordon, 2003）。
然而，與說話者不同的是，籤語者也表現出右腦的強烈啟用。這部分是由於需要處理視覺空間資訊。然而，其中一些區域（例如角回）只在原住民籤語者中被啟用，而不在青春期後學習手語的聽覺者中被啟用。這表明學習手語（以及一般語言）的方式會隨著時間的推移而發生改變：晚期學習者的大腦無法招募某些專門用於處理這種語言的大腦區域（Newman 等人，1998）。]
我們已經看到，失語症和神經影像的證據表明，相同的底層神經機制負責手語和口語。很自然地會問，這些神經機制是否更普遍，即它們是否能夠處理任何型別的符號系統，這些符號系統是某種語法和語義的基礎。這種更普遍的符號系統的例子是音樂。
音樂
[edit | edit source]與語言一樣，音樂是人類的一種普遍現象，它涉及一些組合原則，這些原則控制著將離散元素（音調）組織成結構（短語），以傳達某種意義——音樂是一種具有特殊語法和語義的符號系統。因此，有趣的是要問音樂和自然語言是否共享一些神經機制：音樂的處理是否依賴於語言的處理，反之亦然，或者它們背後的底層機制是否完全獨立。透過研究音樂背後的神經機制，我們可能會發現，語言背後的神經過程是否只屬於自然語言領域，即語言是否模組化。到目前為止，音樂神經生物學的研究在這些問題上產生了相互矛盾的證據。
一方面，有證據表明語言和音樂能力存在雙重分離。患有失音症的人無法感知和聲，無法記住和識別即使是最簡單的旋律；同時，他們在理解或產生言語方面沒有任何問題。甚至有一位患者出現了失音症，卻沒有出現無表情症，即雖然她無法識別音樂序列中的音調，但她仍然可以利用音高、響度、速度或節奏在口語中傳達意義（Pearce, 2005）。這種對音樂的處理（失音症）具有高度選擇性的問題可能是由於腦損傷導致，也可能是先天性的；在某些情況下，它在家族中遺傳，這表明存在遺傳成分。失音症的互補綜合徵也存在——在俄羅斯作曲家謝巴林左腦受到腦損傷後，他失去了言語功能，但他的音樂能力卻完好無損（Zatorre, McGill, 2005）。
另一方面，神經影像資料表明，語言和音樂具有處理句法結構的共同機制。在布羅卡區測量的 P600 ERP 在對不合語法句子的反應中被激發，它也出現在聽覺者聽缺乏和聲的音樂和絃序列時（Patel, 2003）——對音樂中典型序列的預期可能由與對語言中語法序列的預期相同的腦機制介導。
對這種明顯矛盾的可能解決方案是雙系統方法（Patel, 2003），根據該方法，音樂和語言共享一些程式機制（額葉大腦區域），這些機制負責處理語法的通用方面，但在兩種情況下，這些機制都作用於不同的表徵（後腦區域）——音樂中的音符和語言中的詞語。
展望
[edit | edit source]許多問題尚待解答，例如，目前還不清楚是否存在一個獨立的語言模組（你可以把它切掉而不會對其他腦功能造成任何影響）。正如埃弗利·C·費斯特爾在她的綜述中指出的那樣，在探索負責語言處理子任務的獨立小區域之後，下一步將是找出它們是如何協同工作並構建語言網路的。
參考文獻和進一步閱讀
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書籍 - 英語
- Brigitte Stemmer, Harry A. Whitaker. 神經語言學手冊。學術出版社 (1998)。ISBN 0126660557
- Marie T. Banich：神經心理學。心理功能的神經基礎 (1997)。
- Ewa Dąbrowska：語言、心靈與大腦。愛丁堡大學出版社有限公司 (2004)
- 綜述：Evelyn C. Ferstl，文字理解的功能神經解剖學。目前進展如何？" 來自：Schmalhofer, F. & Perfetti, C. A. (Eds.)，大腦中的高階語言過程：推理和理解過程。勞倫斯·厄爾巴姆 (2004)
書籍 - 德語
- Müller, H.M. & Rickert, G. (Hrsg.): Neurokognition der Sprache. Stauffenberg Verlag (2003)
- Poizner, Klima & Bellugi: 手揭示大腦的奧秘。麻省理工學院出版社（1987）
- N. Chomsky: 語法理論的幾個方面。麻省理工學院出版社（1965）。 ISBN 0262530074
- Neville & Bavelier: 經驗對大腦特化發展的影響差異：來自失聰者研究的見解。華盛頓特區：美國政府印刷局（1998）
- Newman 等人：習得年齡對美國手語皮層組織的影響：一項 fMRI 研究。神經影像，7（4），第 2 部分（1998）
連結 - 英語
- Robert A. Mason 和 Marcel Adam Just：大腦如何處理文字中的因果推斷
- Neal J. Pearlmutter 和 Aurora Alma Mendelsohn：序列與並行句子理解
- 將陳述與先前閱讀的文字聯絡起來的大腦過程：記憶共鳴和情境結構
- Clahsen，Harald：詞彙條目和語言規則：一項關於德語詞尾變化的多學科研究。
- Cherney，Leora（2001）：右腦損傷
- Grodzinsky，Yosef（2000）：語法的腦神經學：沒有布羅卡區的語言使用。
- Müller，H.M. & Kutas，M.（1996）。名字裡有什麼？口語名詞、專有名詞和自己的名字之間的腦電生理差異。 神經報告 8：221-225。
- Müller，H. M.，King，J. W. & Kutas，M.（1997）。由口語關係從句引起的事件相關電位 認知腦研究 4：193-203。
連結 - 德語
- 比勒菲爾德大學
- Müller，H. M.，Weiss，S. & Rickheit，G.（1997）。實驗性神經語言學：語言與大腦之間的聯絡 在：比勒菲爾德語言學（編）Aisthesis 出版社，第 125-128 頁。
- Müller，H.M. & Kutas，M.（1997）。專有名詞和普通名詞的處理：一項腦電生理研究。 在：G. Rickheit（編）。臨床語言學研究 - 方法、模型、干預。奧普拉登：西德意志出版社，第 147-169 頁。
- Müller，H.M.，King，J.W. & Kutas，M.（1998）。對工作記憶負荷不同的自然語言句子的腦電生理分析。 臨床神經生理學 29：321-330。
- Michael Schecker（1998）：神經元“編碼”核心語言處理過程 --> 辯論（僅僅是批評）
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